Устройство для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

gi>879727

К АВТОУСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (á1) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 150280 (21) 2883444/24-07 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано 0711.81. бюллетень 89 41

Дата опубликования описания 071181

{51)М. Кл З

Н 02 Р 9/04

Государственный коиитет

СССР ио делам изобретений и открытий

{5З) УДК, 621. 313.

° 12 ° 025i621 ° 316 ° . 726 (088,8) |

Н,Г. Попович, К,М, Юдин, С.М. Пересада, C.Ô. Дробязко, В.П. Степаненко, В,А. Литвинов, A.Ô. Петровскфй: и Б.П, Воронков (72) Авторы изобретения

Киевский ордена Ленина политехнический инсти им, 50-летия Великой Октябрьской социалистич революции, Иркутское конструкторское бюро рад и Киевский завод "Стройдормаш" (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ABTOHONHOA ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОИ УСТАНОВКОИ

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к

,устройствам для автоматического управления автономной электроэнергетичес5 кой установкой с первичным двигателем внутреннего сгорания, и может быть использовано для стабилизации час тоты выходного напряжения в автономных электроэнергетических установках, 10

Известны устройства для управления автономной злектроэнергетической установкой с генератором переменного тока и приводным карбюраторныМ двигателем (1), содержащие электромагнит" ный исполнительный орган подачи топ- l5 лива, магнитные усилители, датчик нагрузки, фазочувствительный выпрямитель с контуром последовательного резонанса.

Известные устройства, выполненные 20 на магнитных элементах, имеют низкие динамические свойства, низкий КПД, большие габариты и вес, присущие магнитным элементам. Кроме того, с целью уменьшения влияния инерционности управляющей обмотки электромагнитного исполнительного органа подачи топлива на динамику системы в силовую цепь выходного магнитного усилителя включен добавочный резистор, сопротивле- 30 ние которого в несколько раз превышает сопротивление обмотки управления электромагнитного исполнительного органа подачи топлива, что резко снижает КПД устройства.

Известно устройство для управления автономной электроэнергетической установкой, выполненное на полупроводниковых элементах, содержащее синхронный генератор с.приводным карбюраторным двигателем, электромагнитный исполнительный орган подачи топлива, двухполупериодный кольцевой демодулятор (фазочувствительный выпрямитель} с контуром последовательного резонанса, несимметричный триггер с эмиттерной резистивной связью, генератор пилообразного сигнала, импульсный усилитель, пассивную дифференцирующую цепочку, двухполупериодный выпрямитель на тиристорах 2), Известное устройство обеспечивает высокое быстродействие, имеет малые габариты и вес. Однако оно обладает недостаточной помехозащищенностью в связи с применением дифференцирующих цепочек в системе с источником помех, которым является кольцевой демодулятор, низким КПД из-за наличия в цепи обмотки управления электромагнитного исполни879727

Тельного органа добавочного резистора..Кроме того, в известном устройстве затруднительно введение корректирующих связей, например положительной компенсирующей обратной связи по нагрузке, в результате чего в 2-3 paSa увеличИвается статическая ошибка в системе при набросе нагрузки. Для надежной работы устройства в широком диапазоне изменения температур требуется термостатирование, либо применение специальных мер для повышения температурной стабильности широтноимпульсного преобразователя, состоящего из генератора пилообразного сигнала и несимметричного триггера.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для управления автономной электроэнергетической установкой, содержащей синхронный генератор с приводным карбюраторным двигателем. Устройство содержит электромагнитный исполнительный орган подачи топлива, вход которого соединен с выходом двухполупериодного кольцевого демодулятора с контуром последовательного резонанса, несимметричный триггер с эмиттерной реэистивной связью, генератор пилообразного сигнала, силовой импульсный усилитель (3). Известное устройство имеет достаточную помехозащищенность, однако также является не экономичным из-за наличия дополнительного резистора в цепи обмотки управления электромагнитного исполнительного органа подачи топлива, не обеспечивает получение высокой статической точности регулирования, требуемого быстродействия из-за трудности введения корректирующих связей и имеет недостаточную термостабильность.

Целью изобретения является повышение экономичности, статических и динамических свойств автономной электроэнергетической установки.

Эта цель достигнута .тем, что устройство для автоматического управления автономной злектроэнергетической установкой с синхронным генератором переменного тока и приводным двигателем внутреннего сгорания, содержащее электромагнитный исполнительный орган подачи топлива, вход которого соединен с выходом силового импульсного полупроводникового усилителя, измерительный орган частоты в составе двухполупериодного кольцевого демодулятора с контуром последовательного резонанса, широтно-импульсный преобразователь, выход ко« торого соединен с входом силового импульсного полупроводникового усилителя, снабжено пропорционально-интегральным корректирующим усилителем, датчиком активной нагрузки, источником смещения, шунтом, включенным в силовую цепь электромагнитного исполиительного органа, Т-образными фильтрами и датчиком тока на операционном усилителе.

При этом выход корректирующего усилителя подключен к входу широтноимпульсного преобразователя, а вход

5 соединен с источником смещения, через датчик тока на операционном усилителе - c шунтом, через первый Т-образный фильтр - c выходным зажимом из° мерительного органа частоты, а через второй Т-образный фильтр — с выходом датчика активной нагрузки.

При этом широтно-импульсный преобразователь выполнен на однопереход- ном транзисторе с отсекающим диодом, в цепь разряда времязадающей емкости которого включены регулирующий и коммутирующий и-р-и транзисторы, причем база коммутирующего транзистора соединена с первой базой однопереходного транзистора, коллектор - с катодом

2О отсекающего диода, а эмиттер этого транзистора подключен к коллектору регулирующего транзистора, база которого совместно с резистивным делите-. лем образуют вход преобразователя. 5 На чертеже представлена электрическая принципиальная схема предлагаемого устройства.

Синхронный генератор 1 переменного тока приводится во вращение с помощью двигателя 2 внутреннего сгорания, регулирующий орган подачи топлива которого через тягу связан с выходным рычагом электромагнитного исполнительного органа 3 подачи топлйва, пружина которого пытается уменьшить подачу топлива, а электромагнитный исполнительный орган 3 при наличии тока в его обмотке управления увеличивает подачу топлива в двигатель 2, Обмотка управления электромагнит40 ного исполнительного органа 3 является нагрузкой силового импульсного усилителя 4 и подключена к его выходным зажимам. К входу силового импульсного усилителя 4 через шунт 5

4 подключен широтно-импульсный преобразователь 6 на однопереходном 7 и двух

И-P-H 8 9 транзисторах, Входная цепь широтно-импульсного преобразователя

6 соединена с выходом пропорциональщ но"интегрального корректирующего усилителя 10, один вход которого подключен к источнику 11 смещения, другой к выходу датчика 12 тока, вход которого соединен с шунтом 5, а в цепь обратной связи включена фильтрующая емкость 13, Третий вход корректирующего усилитеЛя 10 через Т-образный фильтр на резисторах 14, 15 и емкости 16 подключен к выходу измерительного органа 17 частоты в соста60 ве двухполупериодного кольцевого демодулятора и последовательного резонансного контура, входные зажима измерительного органа 17 частоты подсоединены к зажимам синхронного генеЯ ратора 1. Четвертый вход корректи879727 рующего усилителя 10 через Т-образ- вызывая увеличение его выходного наный фильтр на резисторах 18, 19 и пряжения и связанное с ним пропорциемкости 20 подключен к датчику актив- ональное увеличение скважности импульной нагрузки генератора 1 s составе сов прямоугольной фордж на выходе выпрямителя 21 и трехфазного трансфор- широтно-импульсного преобразоватематора 22 тока. 5 ля б и силового усилителя 4, а слеЭмиттер однопереходного транзис- довательно, увеличение тока в обмоттора 7 подключен к общей точке резис- ке управления электромагнитного истора 23 и аноду отсекающего диода 24. волнительного органа 3 подачи топлиКатод отсекающего диода 24 подсоеди- ва и увеличение подачи топлива в дзинен к одному из выводов емкости 25 . о гателе 2 внутреннего сгорания, Момент времязадающей цепи и коллектору ком- двигателя возрастает на величину, мутирующего транзистора 9. База это- необходимую для устранения причины, го транзистора подключена к первой вызывающей уменьшение скорости. В слубазе однопереходного транзистора 7, чае увеличения частоты напряжения а эмиттер — к коллектору регулирую- синхронного генератора 1 система упщего транзистора 8. Причем своим эмит- равления аналогично воздействует на тером регулирующий транзистор 8 че- топлизоподающую систему, уменьшая порез резистор 26 подключен к отрица- дачу топлива и момент двигателя, тельному полюсу источника питания, а Нагрузкой силового импульсного усибазовой через делитель напряжения на лителя 4 является обмотка управления резисторах 27, 28, 29 — к выходу про- 26 электромагнитного исполнительного орпорционально-интегрального корректи- гана 3, «оторая, с целью повышения рующего усилителя 10. экономичности устройства, непосредУстройство работает следующим об- стзеиио подключена к усилителю 4 черазом, реэ шунт 5, ивиекар и малое-сопротивлеКогда скорость вращения двигате» Я иие. Для уиеныаения влияния постьянля 2 внутреннего сгорания равна задан- иой времени обмотки управления элекиой, т.е, частота напряжения генера- тромагиитиого исполнительного органа тора 1 равна резонансной частоте «он- 3 подачи топлива на динамические свойтура последовательного резонанса, ства систеваи стабилизации на один из напряжение на выходе измерительного Зо входов корректирующего усилителя 10 органа 17 частоты отсутствует. Ща через датчик 12 тока подключена отэтом напряжение на выходе корректирую- рицательная обратная связь но току щего усилителя 10 определяется толью электромагнитного исполнительного орнапряжением источника 11 смещения, гана 3 подачи топлива, а корректируюпри помощи которого на выходе широт З щий усилитель 10 имеет пропорционально-импульсного преобразователя 5 g ноиитегрирующую передаточную функцию, силового усилители 4 устанавливается что позволяет практически исключить определенная скзажность импульсов, влияние этой постоянной на динамику необходимая для создания начального .системы, Этим удается не только потока в обмотке управления электро-. высить экономичность устройства пумагнитного исполнительного органа 3 49 тем исключения дополнительных потерь подачи топлива, обеспечивающего пода- энергии з силовой цепи исполнительночу топлива в двигатель 1 внутреннего го органа 3 подачи топлива, но и увесгорания, соответствующую работе личить возможный tto"усяовиям устойдвигателя 1 внутреннего сгорания с чивости коэффициент усиления системы заданной скоростью вращения при ве- щ стабилизации, а следовательно, полуличине нагрузки, равной примерно по- чить более высокую статическую точловине номинальной„ ность поддержания частоты, Кроме того

При изменении частоты выходного применение пропорционально-интегральнапряжения синхронного генератора 1 ного корректирующего усилителя 10 в . измерительный орган 17 частоты выра» контуре регулирования тока исполнибатывает напряжение, полярность кото- тельного органа 3 делает этот контур рого зависит от знака отклонения астатическим по задающему воздействию, частоты от заданной, а величина опре- и следовательно, исключает флуктуации деляется значением отклонения. допус- тока исполнительного органа, вызвантим, скорость вращения двигателя 2 ные возможными изменениями питающего внутреннего сгорания уменьшилась, что напряжения, нестабильность р

55 о тью ха акте-, привело к уменьшению частоты выходно- ристик элементов (в том числе и темго напряжения синхронного генерато- пературной и другими случайными возра 1 по сравнению с требуемой, На вы- действиями. ходе измерительного органа 17 частоты Для увеличения статической точносвырабатывается пропорциональное от- 40 ти поддержания частоты, а также улучклонению частоты напряжение положи- шения динамических показателей систетельной полярности, которое через Т- ьы при резком приложении нагрузки образный фильтр на резисторах 14, 15 применена положительная компенсирую-. и емкости 16 поступает на один из щая обратная связь по нагрузке геневходов корректирующего усилителя 10, $5 ратора, заведенная чер ая че ез Т-образный

879727 фильтр на один из входов корректирующего усилителя 10, Поскольку нагрузка в автономных электроэнергетических установках в основном является активной, то в качестве датчика нагрузки используется датчик активного тока синхронного генератора 1, состоя» щий из трехфазного выпрямителя 21 и трехфазного трансформатора 22 тока.

Положительная обратная связь по нагрузке не только уменьшает статическую ошибку поддержания частоты эа счет компенсации естественного статизма регулятора, работающего по отклонению, но и значительно уменьшает максимальные отклонения частоты при ступенчатом приложении нагрузки и сокращает время регулирования посредством упреждающего воздействия сигнала положительной обратной связи по активной нагрузке на практически беэинерционный контур регулирования то- 20 ка исполнительного органа 3 подачи топлива, Фильтры, установленные между измерительным органом 17 частоты, датчиком нагрузки и корректирующим усилителем 10 служат для повышения помехоэащищенности устройства на высоких частотах.

Широтно-импульсный преобразователь б, выполненный на однопереходном транзисторе 7, коммутирующем 9 и регулирующем 8 транзисторах, обладает высокой температурной стабильностью, присущей устройствам на однопереходных транзисторах.

Преобразователь работает следующим образом.

При подаче напряжения питания емкость 25 в цепи эмиттера однопереходного транзистора начинает заряжаться через отсекающий диод 24. Однопере- 40 ходный транзистор закрыт. При достижении на нижней по схеме обкладке конденсатора 25 напряжения, равного напряжению включения, однопереходный транзистор 7 открывается и ток в его базовой цепи увеличивается, Одновременно с включением однопереходного транзистора 7 запирается отсекающий диод 24 и включается коммутирующий транзистор 9, Емкость 25 начинает раэ- ряжаться по цепи. »переход коллектор— эмиттер открытого транзистора 9, переход коллектор — эмиттер регулирующего транзистора 8, малое сопротивление резистора 26. Время разряда емкости 25 определяет время включенно-55 го состояния однопереходного транзис" тора 7 и в основном зависит от сопротивления перехода коллектор.- эмиттер регулирующего транзистора 8, которое изменяется пропорционально входному д напряжению преобразователя, Когда в процессе разряда напряжение на емкости 25 уменьшится до значения напряжения выключения, однопереходный транзистор 7 закрывается, отпирается ди- д од 24 и закрывается коммутирующий транзистор 9, предотвращая в процессе начавшегося вновь заряда емкости

25 процесс ее разряда.

Далее описанные процессы повторяются. В результате периодического переключения однопереходного транзистора 7 в цепи его баз генерируется ток прямоугольной формы со скважностью, определяемой величиной входного напряжения. Благодаря наличию в цепи разряда времязадающей емкости 25 коммутирующего транзистора 8, в процессе заряда емкости 25 исключается ее разряд, что расширяет диапазон управления широтно-импульсного преобразователя и повышает линейность его регулировочных характеристик при достижении высокой термостабильности устройства. Изменяя входное напряжение преобразователя можно линейно регулировать скважность выходных импульсов от 0 до 1. Частота следования импульсов выбирается на 1-2 порядка больше частоты среза контура регулирования тока исполнительного органа, что позволяет пренебречь дискретностью управления, Устройство может быть использовано для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой с первичным тепловым двигателем для достижения высокой точности поддержания частоты и малого времени регулирования при работе установки в широком диапазоне изменения темпера .ятур.

Формула изобретения

1, Устройство для автоматического управления автономной электроэнергетической установкой с синхронным генератором переменного тока и приводным двигателем внутреннего сгорания, содержащее электромагнитный исполнительный орган подачи топлива, вход которого соединен с выходом силового импульсного полупроводникового усилителя, измерительный орган частоты в составе двухполупериодного кольцевого демодулятора с контуром последовательного резонанса, широтно-импульсный преобразователь, выход которого соединен с входом силового импульсного полупроводникового усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности устройства, повышения статических и динамических свойств установки, оно снабжено пропорционально-интегральным корректирующим усилителем, датчиком активной нагрузки, источником смещения, шунтом, включенным в силовую цепь электромагнитного исполнительного органа, Т-образными фильтрами и датчиком тока на операционном усилителе, причем выход корректирующего

879727

ВНИИПИ Заказ 9737/26 Тираж 733 Подписное

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная, 4 усилителя подключен к входу. широтноимпульсного преобразователя, а вход соединен с источником смещения, через датчик тока на операционном усилителе — с шунтом, через первый

Т-образный фильтр - с выходным зажимом измерительного органа частоты, а через второй Т-образный фильтр - с выходом датчика активной. нагрузки.

2. Устройство по и. 1, о.т л и.ч а ю щ е е с я тем, что широтноимпульсный преобразователь выполнен на однопереходном транзисторе с отсе кающим диодом, в цепь разряда времяадакщей емкости которого включены егулирукхций и коммутирующий и -p-и транзисторы, причем база коммутирующего транзистора соединена с первой о базой однопереходного транзистора, коллектор - с катодом отсекающего диода, а эмиттер этого транзистора под ключен к коллектору регулирующего транзистора, база .которого совместно

5 с резистивным делителем образует вхож преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 9 262229, кл. Н ог P 7/34, 1977 °

2. Авторское свидетельство СССР

9 281073 кл. .02 В 7/00, 1966, 3. "Реферативная информация о законченных научно-исследовательских

1 работах в вузах Украинской ССР" .се5 рия электротехника, вып. Ч, Киев, "I

"Внща школа", 1973, с. 21.